CN106640725A - 一种离心压缩机喘振故障调控方法 - Google Patents

一种离心压缩机喘振故障调控方法 Download PDF

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冯坤
谢林
张明
江志农
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/02—Surge control
    • F04D27/0284—Conjoint control of two or more different functions

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Abstract

本发明提出一种离心压缩机喘振故障调控方法，用于精确控制防喘调节阀的开度。离心压缩机是化工生产过程中的核心动力设备，喘振是离心压缩机运行过程易发生故障，对离心压缩机进行喘振保护具体重要的意义。本方法采用的设备包括信号测量***、喘振调控器、数据应用管理器、工业通信器、防喘调节阀；本方法结合设备的特性，精确控制循环各个环节时间，从而为实现精确控制防喘阀，达到喘振保护的目的。

Description

一种离心压缩机喘振故障调控方法
技术领域
本发明涉及离心压缩机喘振保护领域，特别是涉及离心压缩机喘振保护阀控制方法。
背景技术
离心压缩机是化工生产过程中的核心动力设备，其运行状态直接影响到整个工艺生产过程的进行。在离心压缩机运行过程中，易发生喘振故障，喘振对离心压缩机转子和静部件的交变应力严重影响其寿命，对离心压缩机密封以及轴承也有极大的损坏作用。因此，对离心压缩机进行喘振保护是整个运转正常进行的重要保证。
当前通常采用防喘阀将压缩机出品气体回流至入口的方法，达到喘振保护的目的。由于该方法使用的设备包括相关测量仪表、控制器、防喘阀以及相关通讯设备，导致控制循环中不同环节之间存在特性不匹配，从而使得喘振保护效果不好，不能有效保护压缩机安全正常运行，经常导致压缩机低效不稳定工况下运行。
为解决上述问题，本专利提出一种离心压缩机喘振故障调控方法，该方法对所包括的设备特性进行精确的测算，根据测算结果对控制器和防喘阀的动作时间进行调整，避免了控制循环中不同环节之间的特性不匹配问题，从而精确控制防喘阀的开度，达到良好的喘振保护的目的。
发明内容
1.一种离心压缩机喘振故障调控方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
1)该喘振故障调控方法为防喘阀控制调节方法，具体为：在离心压缩机发生喘振故障时，通过控制防喘阀使离心压缩机出口气体回流至入口，从而提升压缩机入口流量，使压缩机正常工作。本方法采用的设备包括信号测量***、喘振调控器、数据应用管理器、工业通信器、防喘调节阀。
2)离心压缩机发生喘振时，喘振调控器通过控制防喘调节阀开度调节压缩机入口流量，本方法中设定为K，0≤K≤100％。
3)计算信号测量***、喘振调控器运行和防喘阀执行时间，测算信号从测量***中采集、转换并传输到喘振调控器所需时间，记为T0，测算喘振调控器从获得监测信号到输出控制信号的所需时间，记为T1，测算从输出控制信号到防喘阀开始执行动作的所需时间，记为T2，测算防喘阀从当前开度到所需开度的所需时间，记为T3，可知T0、T1、T2和T3组成一个完整的控制循环。
4)确定T4和T5，为保证步骤3从信号测量到防喘阀执行完成不出现传输过程信号混叠现象，需要对T1和T2分别进行计算时间修正和传输时间修正，本方法设定计算延时为T4，传输延时为T5，使得T0≤T1+T4≤1.1T0和T0+T1+T4≤T2+T5≤1.1(T0+T1+T4)成立。
5)确定T7：在T0+(T1+T4)+(T2+T5)≥T3情况时，为保证防喘调节阀 的开度达到喘振控制器所需开度，并保持一定时间，本方法设定T6＝T0+(T1+T4)+(T2+T5)为控制器测量、计算与输出所需时间，设定开度保持时间为T7；
①若T0+(T1+T4)+(T2+T5)>n*T3，n为大于1的正整，n＝(2,3,4…)，开度保持时间为T7，T7＝(n-1)*[T0+(T1+T4)+(T2+T5)]，防喘调节阀达到初次控制循环的开度后，需要保持此开度(n-1)个计算循环。
②若T3≤T0+(T1+T4)+(T2+T5)≤2*T3，开度保持时间：T7＝T0+(T1+T4)+(T2+T5)-T3，防喘阀达到初次计算循环的开度后，需要保持该开度T5时间，直至下一个控制循环输出所需开度。
6)确定T8：在T0+(T1+T4)+(T2+T5)<T3情况下，为避免相邻控制循环输出的控制开度出现信号混叠，由于每个控制循环输出开度不相同，因而从第二个控制循环往后的循环需进行输出延时，本方法设定控制信号输出延时T8。
①若T0+(T1+T4)+(T2+T5)≤T3≤2*[T0+(T1+T4)+(T2+T5)]，控制信号输出延时：T8＝T3-[T0+(T1+T4)+(T2+T5)]，本方法设定相邻控制循环为第i次和第(i+1)次，i为正整数，第i次和第(i+1)次控制循环输出开度分别为Ki、Ki+1:
当时，第(i+1)次输出Ki+1需延时Ti+1＝0；
当时，第(i+1)次控制循环输出Ki+1需延时Ti+1＝Ti-[T0+(T1+T4)+(T2+T5)]。
②若m[T0+(T1+T4)+(T2+T5)]<T3，其中m为大于1的正整数，m＝(2,3,4…)，本方法设定相邻控制循环为第i次、第(i+1)次、第(i+2)次，i为正整数，第i次、第(i+1)次、第(i+2)次控制循环输出开度分别为Ki、Ki+1，Ki+2:
当时，第(i+1)次输出Ki+1需延时Ti+1＝Ti-[T0+(T1+T4)+(T2+T5)]；
当时，第(i+1)次输出Ki+1需延时Ti+1＝0。
根据上述得出第(i+1)次输出Ki+1，以此按照上述步骤往后迭代分别计算各个控制循环对应的延时。
附图说明
图1离心压缩机喘振调控配套硬件
图2电磁阀开度控制循环
图3电动调节球阀开度控制循环
图4为离心压缩机发生喘振时对应的振动频谱
图5为通过调控达到喘振保护的效果
具体实施方式
下面对本发明的离心压缩机喘振故障调控方法作进一步介绍。
1、离心压缩机喘振调控包括的设备
具体实施时，本方法应用于一台悬臂式水蒸气压缩机中，压缩机由电机和齿轮箱驱动，本方法采用的设备包括信号测量***、喘振调控器、数据应用管理器、工业通信器、防喘调节阀。
信号测量***包括：振动传感器、工艺量传感器和数据采集器， 其中振动传感器包括：加速度传感器、轴径向振动传感器和轴向振动传感器；工艺传感器包括：进出口压力传感器、进出口温度传感器和流量传感器。
防喘调节阀包括：电动调节球阀和电磁阀，两个阀门分别连接压缩机进出口，属并联关系。
2、离心压缩机喘振调节阀控制特性
本方法选用两类防喘调节阀：电动调节球阀和电磁阀，压缩机发生喘振时，控制电动调节球阀开度K，0≤K≤100％；
对于控制电磁阀开度为k，电磁阀只有两种状态：完全开启和完全关闭；电磁阀完全开启时，k＝100％；电磁阀完全关闭时，k＝0。
3、测算喘振调控循环各环节时间
(1)信号从测量***中采集、转换并传输到喘振调控器所需时间，记为T0，振动传感器和工艺量传感器响应时间长短不同，选取最长响应时间作为测算结果，T0＝150ms；
(2)喘振调控器从获得监测信号到输出控制信号的所需时间，记为T1，T1＝70ms；
(3)输出控制信号到防喘阀开始执行动作的所需时间，记为T2，T2＝100ms；
(4)防喘阀从当前开度到所需开度的所需时间，记为T3，防喘调节球阀从完全关闭到完全开启所需时间为5s，从完全开启 到完全关闭所需时间哦5s，则
(5)电磁阀从完全关闭到完全开启所需时间为t3＝180ms，从完全开启到完全关闭所需时间为t3＝180ms，则
4、确定计算延时T4和传输延时T5
为使得T0≤T1±T4≤1.1T0和T0+T1±T4≤T2±T5≤1.1(T0+T1±T4)成立，根据步骤3测量的数值，确定80≤T4≤95，本方法实际实施选取T4＝80，确定200≤T5≤230，本方法实际实施选取T5＝200。
5、确定防喘阀开度保持时间T7
(1)由步骤3可得T6＝T0+(T1+T4)+(T2+T5)＝150+150+300＝600ms；
(2)本方法在实际测试中，检测到离心压缩机发生喘振时，喘振调控第一个循环输出电动调节球阀开度35％，因而第一个循环：于步骤6计算输出延时。
(3)同时在喘振调控第一个循环输出电磁阀完全开启，因而T6＝600ms>3*t3＝540ms；
(4)电磁阀在第一个循环完全开启后，需要保持完全开启状态时间：T7＝(n-1)*T6＝(3-1)*180＝360ms。
6、测算喘振调控循环防喘阀开度输出延时T8
(1)由步骤3可得T6＝T0+(T1+T4)+(T2+T5)＝150+150+300＝600ms；
(2)由步骤4可得由此得：T3＝1750ms>2*T6＝1200ms；
(3)本方法在实际测试过程中，喘振调控器对电动调节球阀开度 第二个循环和第三个循环分别输出：K2＝28％，K3＝43％，由此得： 从而：第二个循环输出延时T8＝0，即喘振调控器输出电动调节球阀开度28％，代替第一个控制循环输出的开度K2＝35％；
(4)根据第二个控制循环输出K2＝28％，以此往后迭代计算第三个循环输出延时T8，由上得第三个循环:T3＝1400ms>2*T6＝1200ms，喘振调控器对电动调节球阀开度第四个循环输出：K4＝45％，因而： 得出：T8＝T3-T6＝1400-600＝800ms。
(5)按上述步骤对第四个、第五个……控制循环对应的延时依次迭代计算。
(6)图4为离心压缩机发生喘振时对应的振动频谱，在调控前存在7.5Hz的振动，图5为通过调控达到喘振保护的效果，7.5Hz的低频振动消失。

Claims (1)

1.一种离心压缩机喘振故障调控方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)采用的设备包括信号测量***、喘振调控器、数据应用管理器、工业通信器和防喘阀；
2)离心压缩机发生喘振时，喘振调控器通过控制防喘阀开度调节压缩机入口流量，防喘阀开度设定为K，0≤K≤100％；
3)计算信号测量***、喘振调控器运行和防喘阀执行时间，测算信号从测量***中采集、转换并传输到喘振调控器所需时间，记为T0，测算喘振调控器从获得监测信号到输出控制信号的所需时间，记为T1，测算从输出控制信号到防喘阀开始执行动作的所需时间，记为T2，测算防喘阀从当前开度到所需开度的所需时间，记为T3，T0、T1、T2和T3组成一个完整的控制循环；
4)确定T4和T5，对T1和T2分别进行计算时间修正和传输时间修正，设定计算延时为T4，传输延时为T5，使得T0≤T1+T4≤1.1T0和T0+T1+T4≤T2+T5≤1.1(T0+T1+T4)成立；
5)确定T7：在T0+(T1+T4)+(T2+T5)≥T3情况时，为保证防喘阀的开度达到喘振控制器所需开度，并保持一定时间，设定T6＝T0+(T1+T4)+(T2+T5)为控制器测量、计算与输出所需时间，设定开度保持时间为T7；
①若T0+(T1+T4)+(T2+T5)>n*T3，n为大于1的正整，n＝(2,3,4…)，开度保持时间为T7，T7＝(n-1)*[T0+(T1+T4)+(T2+T5)]，防喘阀达到初次控制循环的开度后，需要保持此开度(n-1)个计算循环；
②若T3≤T0+(T1+T4)+(T2+T5)≤2*T3，开度保持时间：T7＝T0+(T1+T4)+(T2+T5)-T3，防喘阀达到初次计算循环的开度后，需要保持该开度T5时间，直至下一个控制循环输出所需开度；
6)确定T8：在T0+(T1+T4)+(T2+T5)<T3情况下，为避免相邻控制循环输出的控制开度出现信号混叠，由于每个控制循环输出开度不相同，因而从第二个控制循环往后的循环需进行输出延时，设定控制信号输出延时T8；
①若T0+(T1+T4)+(T2+T5)≤T3≤2*[T0+(T1+T4)+(T2+T5)]，控制信号输出延时：T8＝T3-[T0+(T1+T4)+(T2+T5)]，设定相邻控制循环为第i次和第(i+1)次，i为正整数，第i次和第(i+1)次控制循环输出开度分别为Ki、Ki+1:
当时，第(i+1)次输出Ki+1需延时Ti+1＝0；
当时，第(i+1)次控制循环输出Ki+1需延时Ti+1＝Ti-[T0+(T1+T4)+(T2+T5)]；
②若m[T0+(T1+T4)+(T2+T5)]<T3，其中m为大于1的正整数，m＝(2,3,4…)，设定相邻控制循环为第i次、第(i+1)次、第(i+2)次，i为正整数，第i次、第(i+1)次、第(i+2)次控制循环输出开度分别为Ki、Ki+1，Ki+2:
当时，第(i+1)次输出Ki+1需延时Ti+1＝Ti-[T0+(T1+T4)+(T2+T5)]；
当时，第(i+1)次输出Ki+1需延时Ti+1＝0；
根据上述得出第(i+1)次输出Ki+1。
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